碳纤维复合材料重载吊舱框架及连接方法技术

本发明专利技术涉及高空气球吊舱领域，提供了一种碳纤维复合材料重载吊舱框架，包括：主承力竖杆、主承力斜杆和横杆，主承力竖杆和主承力斜杆均为中空结构，且内部的两端均预埋有第一连接接头，主承力竖杆预埋接头内部和主承力斜杆预埋接头内部缠绕有纤维束，其张紧缠绕于第一连接接头的凹槽，并将主承力竖杆两端的第一连接接头和主承力斜杆两端的第一连接接头连接起来，主承力竖杆与主承力斜杆通过第一连接接头连接，并与横杆连接构成吊舱主体框架。本发明专利技术公开本发明专利技术的连接方法，采用第一连接接头预埋在主承力竖杆内部和主承力斜杆内部的设计，并利用纤维束将第一连接接头连接起来，结构简单轻便，强度高，承载能力好，耐低温低压，且便于拆卸。

Carbon Fiber Reinforced Composite Heavy Duty Pod Frame and Connection Method

The invention relates to the field of high-altitude balloon pod, and provides a carbon fiber composite heavy-duty pod frame, which includes: main bearing vertical pole, main bearing inclined pole and horizontal pole, main bearing vertical pole and main bearing inclined pole are hollow structures, and both ends of the interior are pre-embedded with the first connecting joint, the interior of the pre-embedded joint of the main bearing vertical pole and the interior of the pre-embedded joint of the main bearing inclined pole are wound with fiber bundles. It is tensioned and wound around the groove of the first connecting joint, and connects the first connecting joint at both ends of the main bearing vertical bar and the first connecting joint at both ends of the main bearing inclined bar. The main bearing vertical bar and the main bearing inclined bar are connected through the first connecting joint, and are connected with the cross bar to form the main frame of the pod. The invention discloses a connecting method of the invention, which adopts the design of the first connecting joint embedded in the main bearing vertical bar and the main bearing inclined bar, and connects the first connecting joint by using fiber bundles. The structure is simple and portable, the strength is high, the carrying capacity is good, the low temperature and low pressure resistance is good, and the disassembly is convenient.

【技术实现步骤摘要】
碳纤维复合材料重载吊舱框架及连接方法
本专利技术涉及高空气球吊舱领域，特别是涉及一种碳纤维复合材料重载吊舱框架及连接方法。
技术介绍
高空气球是一种轻于空气的无动力浮空器，高空气球分为零压气球和超压气球两类，零压气球具有体积大、载荷重、升限高等优点；而超压气球则具有高度稳定性好、飞行时间长等特点。高空气球系统包括气球球体、舱外定时分离装置、降落伞、舱外敷设导线、结缆、吊舱、着陆缓冲器、地面综合保障设施等。零压气球当其浮力大于飞行系统自身的重量时，气球系统上升；反之气球水平运动的方向和速度则完全依赖于其所在高度的风向和风速，处于稳定风层中的气球飞行系统的水平运动速度和方向与风速和风向基本一致。飞行结束时由于载荷与球体突然分离，球体失去原有的平衡状态，球内浮升气体的重新分布会对球膜产生极大的冲击从而将气球破坏，随后飘落地面。而搭载有效载荷的吊舱等结构会随着回收伞安全着陆到地面。零压气球除了携带维持自身平台功能的载荷和结构，还可以搭载电子通信设备、红外相机和预警雷达等不同类型的监视探测设备，以实现通信中继、对地观测和侦察预警等功能。零压气球载荷吊舱是提供有效载荷正常工作的平台，保护球载设备和有效载荷免受飞行过程中低温低压环境的影响。由于载荷吊舱是零压气球系统必不可少的重要组成部分，实现吊舱结构轻量化-任务载荷增加的良性循环是必然趋势。零压气球的飞行高度一般在30km左右，飞行环境温度在-70℃左右，考虑到零压气球的载荷重，实现碳纤维复合材料轻量化重载吊舱显得十分紧迫。但是碳纤维轻量化吊舱遇到了低温低压适应性问题和连接设计问题。主要表现在以下方面：1)碳纤维轻量化重载吊舱在临近空间-70℃低温环境下的连接强度不可靠；2)重载吊舱关键部件胶接和预埋连接具体连接工艺和设计方法不满足重载承载能力要求。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的是提供一种碳纤维复合材料重载吊舱框架及连接方法，解决现有技术重载吊舱存在的结构笨重，承载能力差，低温低压条件下适应性差中至少一个问题。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种碳纤维复合材料重载吊舱框架，包括：多根主承力竖杆、多根主承力斜杆和多根横杆，所述主承力竖杆和所述主承力斜杆均为中空结构，且所述主承力竖杆内部和所述主承力斜杆内部的两端均预埋有第一连接接头，所述第一连接接头的外表面构造有横向和纵向的凹槽，所述主承力竖杆和所述主承力斜杆由纤维束缠绕，且所述纤维束张紧缠绕于所述主承力斜杆内部的所述第一连接接头的凹槽，并将所述主承力斜杆两端的所述第一连接接头连接起来，所述纤维束张紧缠绕于所述主承力竖杆内部的所述第一连接接头的凹槽，并将所述主承力竖杆两端的所述第一连接接头连接起来，所述主承力竖杆内一端的所述第一连接接头与所述主承力斜杆内一端的所述第一连接接头铰接，并与多根所述横杆连接构成吊舱主体框架。其中，还包括三向接头，所述三向接头具有第一向接头、第二向接头、以及设置在同一直线上的第三向第一接头和第三向第二接头，所述第三向第一接头连接于所述主承力竖杆一端的所述第一连接接头，所述第三向第二接头铰接于所述主承力斜杆一端的所述第一连接接头，所述第一向接头和所述第二向接头分别连接于横向和纵向的布置的所述横杆。其中，还包括第二连接接头和第三连接接头，所述第二连接接头的一端连接于所述三向接头的所述第三向第二接头，所述第二连接接头的另一端具有凹槽部，所述第三连接接头的一端具有与所述凹槽部匹配的凸起部，所述第二连接接头与所述第三连接接头通过匹配的所述凹槽部和凸起部铰接，所述第三连接接头的另一端连接于所述主承力斜杆一端的所述第一连接接头。其中，所述第二连接接头的所述凹槽部构造有第一螺栓孔，所述第三连接接头的所述凸起部构造有与所述第一螺栓孔相匹配的第二螺栓孔。其中，所述第一连接接头的一端构造有内螺纹，另一端为中空结构，所述主承力竖杆一端和/或所述主承力斜杆一端的所述第一连接接头构造有与所述内螺纹相匹配的外螺纹。其中，还包括多通接头，所述多通接头呈圆管状，由碳纤维制成，所述主承力竖杆和所述横杆通过所述多通接头胶接连接起来。其中，所述主承力斜杆为碳纤维圆管，且在所述碳纤维圆管的两端缠绕有所述纤维束，所述主承力竖杆为等截面碳纤维圆管。其中，所述第一连接接头由钛合金材质制成，且其端面呈0.1-1.0°的倾斜角。本专利技术还公开一种如本专利技术的碳纤维复合材料重载吊舱框架的连接方法，包括：将第一连接接头分别预埋于主承力竖杆内部的两端和主承力斜杆内部的两端；利用纤维束勒紧于第一连接接头的凹槽，并将预埋于主承力竖杆内部的两端的第一连接接头连接起来和/或将预埋于主承力斜杆内部的两端的第一连接接头连接起来；多根主承力竖杆与多根主承力斜杆通过第一连接接头连接，并与多根横杆连接构成吊舱主体框架。其中，第一连接接头的凹槽的宽度和深度根据承载要求和纤维束的粗细进行设计；采用正负角纤维铺设方式对第一连接接头进行纤维束缠绕，同时周向勒紧纤维束，并在缠绕过程中注入环氧树脂胶粘剂。(三)有益效果本专利技术提供的碳纤维复合材料重载吊舱框架及连接方法，采用第一连接接头预埋在主承力竖杆内部和主承力斜杆内部的设计，并利用纤维束将第一连接接头连接起来，大大减少了重载吊舱螺钉连接个数，本专利技术结构简单轻便，强度高，承载能力好，便于拆卸，耐低温低压。附图说明图1为本专利技术碳纤维复合材料重载吊舱框架的结构示意图；图2为本专利技术第一连接接头的结构示意图；图3为本专利技术第一连接接头的纵截面示意图；图4为本专利技术主承力竖杆的结构示意图；图5为本专利技术主承力斜杆的结构示意图；图6为本专利技术三向接头的结构示意图；图7为本专利技术第二连接接头的结构示意图；图8为本专利技术第三连接接头的结构示意图；图9为零压气球系统结构示意图。图中，1、三向接头；101、第一向接头；102、第二向接头；103、第三向第一接头；104、第三向第二接头；2、碳纤维短套管；3、主承力竖杆；4、直角四通接头；5、“T”字型三通接头；6、碳纤维板固定金属件；7、碳纤维板；8、第二连接接头；9、第三连接接头；10、主承力斜杆；11、十字四通接头；12、横向横杆；13、纵向横杆；14、第一连接接头；141、凹槽；142、内螺纹；143、中空结构；15、纤维束；16、气球；17、加强带；18、排气管；19、舱外定时分离装置；20、回收伞；21、舱外敷设导线；22、结缆；23、重载吊舱；24、着陆缓冲器。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。如图1-图9所示，本专利技术提供一种碳纤维复合材料重载吊舱框架，包括：多根主承力竖杆3、多根主承力斜杆10和多根横杆，主承力竖杆3和主承力斜杆10均为中空结构，且主承力竖杆3内部和主承力斜杆10内部的两端均预埋有第一连接接头14，第一连接接头14的外表面构造本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纤维复合材料重载吊舱框架，其特征在于，包括：多根主承力竖杆、多根主承力斜杆和多根横杆，所述主承力竖杆和所述主承力斜杆均为中空结构，且所述主承力竖杆内部和所述主承力斜杆内部的两端均预埋有第一连接接头，所述第一连接接头的外表面构造有横向和纵向的凹槽，所述主承力竖杆和所述主承力斜杆由纤维束缠绕，且所述纤维束张紧缠绕于所述主承力斜杆内部的所述第一连接接头的凹槽，并将所述主承力斜杆两端的所述第一连接接头连接起来，所述纤维束张紧缠绕于所述主承力竖杆内部的所述第一连接接头的凹槽，并将所述主承力竖杆两端的所述第一连接接头连接起来，所述主承力竖杆内一端的所述第一连接接头与所述主承力斜杆内一端的所述第一连接接头铰接，并与多根所述横杆连接构成吊舱主体框架。

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维复合材料重载吊舱框架，其特征在于，包括：多根主承力竖杆、多根主承力斜杆和多根横杆，所述主承力竖杆和所述主承力斜杆均为中空结构，且所述主承力竖杆内部和所述主承力斜杆内部的两端均预埋有第一连接接头，所述第一连接接头的外表面构造有横向和纵向的凹槽，所述主承力竖杆和所述主承力斜杆由纤维束缠绕，且所述纤维束张紧缠绕于所述主承力斜杆内部的所述第一连接接头的凹槽，并将所述主承力斜杆两端的所述第一连接接头连接起来，所述纤维束张紧缠绕于所述主承力竖杆内部的所述第一连接接头的凹槽，并将所述主承力竖杆两端的所述第一连接接头连接起来，所述主承力竖杆内一端的所述第一连接接头与所述主承力斜杆内一端的所述第一连接接头铰接，并与多根所述横杆连接构成吊舱主体框架。2.如权利要求1所述的碳纤维复合材料重载吊舱框架，其特征在于，还包括三向接头，所述三向接头具有第一向接头、第二向接头、以及设置在同一直线上的第三向第一接头和第三向第二接头，所述第三向第一接头连接于所述主承力竖杆一端的所述第一连接接头，所述第三向第二接头铰接于所述主承力斜杆一端的所述第一连接接头，所述第一向接头和所述第二向接头分别连接于横向和纵向的布置的所述横杆。3.如权利要求2所述的碳纤维复合材料重载吊舱框架，其特征在于，还包括第二连接接头和第三连接接头，所述第二连接接头的一端连接于所述三向接头的所述第三向第二接头，所述第二连接接头的另一端具有凹槽部，所述第三连接接头的一端具有与所述凹槽部匹配的凸起部，所述第二连接接头与所述第三连接接头通过匹配的所述凹槽部和凸起部铰接，所述第三连接接头的另一端连接于所述主承力斜杆一端的所述第一连接接头。4.如权利要求3所述的碳纤维复合材料重载吊舱框架...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗海波，何小辉，李欣，张泰华，何泽青，张冬辉，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11